美國時間3日，瑞典卡羅林斯卡學院(Karolinska Institutet)研究團隊，利用機器學習以及單細胞轉錄體學(Single-cell transcriptomics)，在成人大腦海馬迴中發現具有神經前驅細胞(neural progenitors)基因特徵的細胞，可以在成年後分裂並產生神經元，有望結束長達一世紀關於成年後神經新生(neurogenesis)的爭議，研究結果已發表在《Science》。
 

成年後不再更新神經元？神經新生爭議回顧

 
人類大腦在成年後是否還會再出現「神經新生」的爭議延燒許久。1900年代初，神經元結構的發現者 Santiago Ramón y Cajal曾主張：大腦細胞在出生後是「固定且不可變的」。即使神經科學家後來發現大腦在出生後仍會成長與發育，大家普遍仍認為神經新生僅限於童年階段。
 
1990年代起，研究人員在成年靈長類與已故癌症患者的大腦中標記到活躍分裂的細胞。2013年，卡羅林斯卡學院的神經科學家Jonas Frisén使用創新的碳定年技術(carbon-dating technique)評估神經元年齡，發現人類海馬迴的神經元可能在成年後仍會生成。
 
然而，近年來利用螢光抗體標記蛋白質進行的成年人研究結果並不一致，有些研究未發現年輕神經元或前驅細胞的任何標記，有些則偵測到被認為是未成熟神經元釋放的doublecortin(DCX)蛋白，並主張先前研究未能檢測出來是因為保存組織的方法有誤。
 

辨識354個神機器學習從30萬海馬迴細胞經前驅細胞

 
在此次研究中，Frisén團隊使用機器學習來辨認成年老鼠腦中年輕神經元的基因活性特徵，分析這些細胞中的RNA與mRNA序列。接著，他們將這些特徵與人類死後組織中「單細胞RNA定序數據」進行比對。
 
但是，神經前驅細胞數量比未成熟的神經元稀少，因此，研究團隊開發出一種篩選並分離潛在神經前驅細胞的方法後，再將神經前驅細胞與老鼠和人類嬰兒海馬迴細胞進行基因比較，透過綜合比較多個基因特徵後，演算法可從青少年到七旬老人近30萬個人類海馬迴細胞中，辨識出354個為神經前驅細胞。
 
研究也發現，各個人腦中神經前驅細胞數量差異極大，表示神經新生能力可能會受到環境或生理因素的強烈影響，年輕人的腦部通常擁有較多神經前驅細胞，而在14位受試成人中，有5位完全沒有發現神經前驅細胞。然而，研究團隊尚不清楚這些細胞是成年後新產生的，還是從嬰兒期就存在，只是長時間未成熟。
 
匹茲堡大學的神經科學家 Shawn Sorrells指出，演算法可能辨識到的是會再生的神經膠細胞(glia)前驅細胞，而非神經元前驅細胞，甚至可能只是雜訊，必須再經其他方法驗證。
 
這項研究提供了新證據，證明成人神經新生確實存在，有望可以終結長期的爭論。接下來的目標是探討海馬迴神經新生的速度，是否與阿茲海默症等認知功能退化相關，期望可以找出潛在療法的方向。
 
資料來源：https://www.science.org/content/article/genetic-evidence-our-brains-make-new-neurons-adulthood-may-close-century-old-debate

(編譯/實習記者 康育華)